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核島安全殼截錐體中模擬澆筑自密實(shí)混凝土?xí)r鋼襯里的應(yīng)力監(jiān)測與分析

文檔作者：裴新意，余兵，王輝誠，王景平，孫雨文檔來源： 1 中廣核工程有限公司 2 中國冶金研究總院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年04月13日
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第 35卷 第 3期2015年 9月核 科 學(xué)NuclearScience與 工 程and EngineeringVo1．35 NO．3Sep．2015核 島安全 殼截錐體 中模擬澆筑 自密實(shí)混凝 土 時鋼 襯 里 的應(yīng) 力 監(jiān)測 與分 析裴新意 ，余 兵 ，王輝誠 ，王景平 ，孫 雨(1 中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124；2 中國冶金研究總院有 限公司 ，北京 100088)摘 要 ：為保障 自密實(shí)混凝 土澆筑過程 中核 島安全殼 的完整性 和穩(wěn)定性 ，建立 了安全殼截 錐體 的同尺寸 1／8模 型，進(jìn)行 自密實(shí)混凝 土現(xiàn)場 澆筑 ，并對 其中鋼襯里 表面 的應(yīng) 力進(jìn)行監(jiān)測 和模擬計 算 。研究結(jié) 果表明 ，隨著 自密實(shí)混凝土澆筑高度 的增加 ，鋼襯里所受應(yīng)力 逐漸增大 ，在 澆筑至應(yīng)變 點(diǎn)位置時 ，鋼襯 里應(yīng)力值 發(fā)生突增 ；而采用水平角鋼加 固后對鋼襯里橫 向和豎 向表面應(yīng)力都具有明顯的改善作用 。關(guān)鍵詞 ：安全殼截錐體 ；自密實(shí)混凝土 ；鋼襯里 ；應(yīng)力中圖分 類號 ：TU33．6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ：A 文章編號 ：0258—0918(2015)03-0486—07Study on StressChange ofSteelLiner in NuclearContainm entConeDuring Casting Self-com pacting ConcretePEIXin—yi，YU Bing ，W ANG Hui—cheng ，W ANG Jing—ping ，SUN Yu(1．ChinaGuangdong NuclearPowerEngineeringCo．，Ltd．，ShenzhenofGuangdongProv．518124，China2．CentralResearchInstituteofBuildingandConstruction，MCCGroup，Beijing10088，China)Abstract：To studystressin nuclearcontainmentconeduringcastingself-compacting concrete，a1／8in-situstructuremodelwasbuildand casted withself-compactingconcrete．Atthesametime。thestressofsteellinerwas monitored and calculated．The results showed that，with theincreasing of self-compacting concrete pouring elevation， the steel liner stress was alsoincreasing，andjumped when pouring levelreached to the strain gaugelocation．Thetransverseand verticalstresseswereeffectivelycontrolled by addinghorizontalanglesteelto steelliner．These results could provide a basis for the application of self-com pactingconcreteandthereinforcem entofthesteellinerin nuclearcontainm entcone．Key words：containm entcone；self-compacting concrete；steelliner；stress自密實(shí)混凝 土具 有高 流動性 、均 勻性 、穩(wěn)定性 ，澆筑 時無需 外 力振搗 ，能夠 在 自重作用 下流動 并充滿 模板 空間 的混凝 土 。 自密實(shí) 混凝 土流動性好 ，具有 免振 搗特性 ，對減 輕工 人勞動 強(qiáng)收稿 日期 ：2015-01—17；修 回 日期 ：2015—08—27基金項(xiàng) 目：國家十二五科技支撐計劃項(xiàng) 目(2011BAE27B02—3)作者簡介 ：裴新意(1981一 )，男 ，工程師 ，從事核電工程混凝土質(zhì)量管理和核 電工程混凝土材料研究486澆筑 時 間 為 0．72h，2．85h完 成 第 二 層 澆筑 ，再靜 停 1．55 h。從 圖 6可 知 ，109、110、112、ll3、114等 5個 應(yīng)變 點(diǎn) 的應(yīng)力 值在 0．8h時 ，應(yīng)力 絕對 值均 突然 增 大 ，然 后 維持 穩(wěn) 定 至 2．8h，之 后 又 突 變 增 大 ，并 維 持 穩(wěn) 定 至 澆 筑 結(jié) 束(10h)。應(yīng) 力絕對 值 的變 化 與 自密實(shí) 混 凝 土澆筑 狀 態(tài) 密切 相 關(guān) ，自密 實(shí) 混凝 土 澆 筑 至應(yīng) 變 監(jiān)測 點(diǎn)位 置 (0．8h)時 ，鋼襯里 就 發(fā) 生 了相 應(yīng) 的應(yīng)變 ，產(chǎn) 生應(yīng) 力 ，0．8h至 2．8h之 間 的穩(wěn) 定狀 態(tài) ，表 明第 一層 澆 筑后 的靜停 期 和第 二層 澆筑 期應(yīng)力 值保 持穩(wěn) 定 ，在 2．8h之 后 ，第 二澆 筑 層 自密實(shí)混凝 土 的側(cè) 壓力 對鋼 襯里 作用 ，產(chǎn) 生 了應(yīng)變 ，應(yīng) 力 值突 變 并 增 大 。2．8h至 10h之 間 ，鋼 襯里應(yīng) 力 基 本 維持 恒 定 ，表 示 澆 筑高 度 超 出應(yīng)變監(jiān) 測 點(diǎn)位 置后 ，受水 平 角鋼 和基 座結(jié) 構(gòu) 的約束 ，應(yīng) 變 點(diǎn) 位 置 鋼 襯里 產(chǎn) 生 的應(yīng) 力 基 本 不 變 ，鋼襯里 自身 的加 固體 系與 自密 實(shí)混凝 土 流體靜 力 荷載 處 于平 衡 狀 態(tài) ，后 期 自密 實(shí) 混凝 土 的澆 筑 對lO0．O80．060．040．020．00．020．0— 40．0- 60．0- 80．0300．0200．0100．0o．0一 lO0．O- 200．0— 3oo．O該 位置 鋼襯 里應(yīng) 力應(yīng) 變無 明顯 影 響 。2．2 上部 橫 向應(yīng) 力結(jié)果 分析101、102、104、105、106等 5個 應(yīng) 變監(jiān) 測 點(diǎn)位 于模 型 上部 ，處 于 同一 水平 ，距澆 筑底 面距 離為 1．2m，介于 第三 澆筑 層 與第 四澆 筑層 之 間 ，監(jiān)測 鋼 襯 里橫 向應(yīng) 力 ，圖 7為上 部 橫 向應(yīng) 力 結(jié)果 圖 。由 圖 7可 知 ，1O1、102、105、106等 4個應(yīng) 變 監(jiān) 測 點(diǎn) 的應(yīng) 力 值 為 負(fù)值 ，表 明該應(yīng) 變 計 受到壓 應(yīng)力 ；104應(yīng) 變監(jiān) 測 點(diǎn) 的應(yīng) 力 值 為正 值 ，表明該應(yīng) 變 計 受 到 拉 應(yīng) 力 。在 澆 筑 前 3h內(nèi) ，應(yīng)力值 較小 ，有較 小 波動 ；3h至 5．4h時間 內(nèi) ，應(yīng)力值 穩(wěn)定 增加 ，5．4h至 6．8h內(nèi)應(yīng)力 值基本 維持不 變 ，在 6．8h時刻 5個 應(yīng) 變監(jiān) 測 點(diǎn) 應(yīng) 力 值均 發(fā)生 突變增 大 ，然后 維持 不變 或輕微 降低 ，至9．1h時刻 5個應(yīng) 變 點(diǎn) 監(jiān) 測值 再 次 發(fā) 生 突變 增大 ，隨后 應(yīng)力 值 保 持 穩(wěn)定 ，且輕 微 增 大 或 減 小 。101、104、106監(jiān) 測 點(diǎn) 的最 大 應(yīng) 力 為 223MPa、220MPa、238MPa，出現(xiàn) 在澆 筑 9．2h時刻 。時間m圖 6 底層橫 向應(yīng)力結(jié)果Fig．6 Resultofbottom transversestress篇篇、．— ≯1 蓮— _ 一 — — —圖 7 上部橫 向應(yīng) 力結(jié) 果Fig．7 Resultofuppertransversestress～ … 109一 l10— — l12一 l13114101— — 102．．．． ．— — 105-- - -一 106lO4489上述 應(yīng) 力 值 變化 與 模 擬 試 驗(yàn) 各 層 的澆 筑狀 態(tài) 相關(guān) ，在 澆 筑 前 3h內(nèi) ，由于 澆 筑 高 度 較低 ，對 上 層 鋼 襯 里 應(yīng) 變 產(chǎn) 生 作 用 較 微 小 ；3h至 5．4h時 間 內(nèi) ，澆 筑 至 第 三 層 ，前 三 層 自密實(shí) 混凝 土 澆 筑 側(cè) 壓 力 作 用 于 鋼 襯 里 ，產(chǎn) 生 恒定 的作 用 力 ，引起 鋼 襯 里 發(fā) 生 輕 微 的 應(yīng) 變 ，產(chǎn)生 穩(wěn) 定 增 大 的 應(yīng) 力 趨 勢 。在 5．4h至 6．8h時 間 內(nèi) ，處 于第 三 澆 筑 層 的 暫停 階 段 ，鋼 襯 里應(yīng) 力值 維 持 不變 ；在 6．8h時刻 開 始 澆 筑第 四層 ，且 此 時 剛好 澆 筑 至 應(yīng) 變 監(jiān) 測 點(diǎn) 位 置 ，澆 筑沖 擊力 和 自密 實(shí) 混凝 土 側(cè) 壓 力 使 得 鋼 襯 里 應(yīng)力 發(fā)生 突 變 增 大 ，表 明 自密 實(shí) 混 凝 土 澆 筑 對澆 筑位 置 鋼 襯 里 應(yīng) 力 有 顯 著 作 用 ；在 第 五 層澆 筑過 程 中 ，應(yīng) 力 值 維 持 不 變 或 輕 微 降 低 ；澆筑 結(jié)束 后 (9．1h時 刻 )應(yīng) 力 值 再 次 發(fā) 生 突 變增 大 ，且 達(dá) 到 最 大 值 ，隨后 保 持 穩(wěn) 定 ，并 輕 微增 大或 減 小 。2．3 豎 向應(yīng) 力分析103、107、ll1、116等 4個 應(yīng) 變 計 監(jiān) 測鋼 襯 里 豎 向 應(yīng) 力 ，試 驗(yàn) 結(jié) 果 如 圖 8所 示 ，103、111、1163個 應(yīng) 變 點(diǎn) 的應(yīng) 力 為 豎 向 正 應(yīng)力 ，107應(yīng) 變 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 為 豎 向 負(fù) 應(yīng) 力 。 103應(yīng) 變 點(diǎn) 的 標(biāo) 高 為 1．24ITI，豎 向 應(yīng) 力 在 澆 筑7．0h時 刻 發(fā)生 突 變增 大 ，在 澆 筑 9．1h時 刻再 次 發(fā) 生 突 變 增 大 ；107應(yīng) 變 點(diǎn) 的 標(biāo) 高 為0．9m，豎 向應(yīng) 力 在 澆 筑 5．5h時 刻 之 前 勻速 增 大 ，在 澆 筑 6．8h時 刻 發(fā) 生 突 變 增 大 ，隨后 豎 向應(yīng) 力 值 基 本 維 持 穩(wěn) 定 ；111應(yīng) 變 點(diǎn) 的標(biāo) 高 為 0．58m，豎 向應(yīng) 力 在 澆筑 2．4h時 發(fā)生突變 增 大 ，隨后 豎 向應(yīng) 力 值 基 本 維 持 穩(wěn)定 ；116應(yīng) 變 點(diǎn) 的標(biāo) 高 為 0rn。 由 圖 8可 知 ，鋼 襯 里 豎 向應(yīng) 力 值 隨 著 澆 筑層 高 的增 大 而增大 ，在 自密 實(shí) 混 凝 土 澆 筑 至 應(yīng) 變 監(jiān) 測 點(diǎn) 時 ，應(yīng)力值 發(fā) 生 突變 并 增 大 ；對 于 底 部 的應(yīng) 變 點(diǎn) ，豎向應(yīng)力 在 澆 筑 至 應(yīng) 變 點(diǎn) 位 置 后 突 變 增 大 ，隨后 基本 維 持 穩(wěn) 定 ；底 面 的應(yīng) 變 點(diǎn) 受 到 基 座 的制 約 ，在 自密 實(shí) 混 凝 土 澆 筑 過 程 中 ，幾乎 沒 有產(chǎn) 生 應(yīng) 變 。490／廠、 一 f ～_l— J 一_： ! ： 號j ’ ’ 一 一 ’ … 一 Nn時 間，l1圖 8 豎 向應(yīng) 力 結(jié) 果 圖Fig．8 Resultofvertica1stress— — 1O3107一 l1l— l162．4 兩豎 向角鋼 中心點(diǎn) 橫 向應(yīng)力應(yīng) 變點(diǎn) 104和 112位 于兩 個豎 向角鋼 中間位置 ，圖 9為兩豎 向角鋼 中心 點(diǎn)橫 向應(yīng)力結(jié) 果 。104和 112兩 個 應(yīng) 變 點(diǎn) ，受 自密 實(shí) 混凝 土 側(cè) 壓力 作 用 ，發(fā) 生 橫 向 拉 應(yīng) 變 ，產(chǎn) 生 橫 向 正 應(yīng) 力 。104應(yīng)變 點(diǎn) 的橫 向正應(yīng) 力 在 自密 實(shí)混 凝 土澆 筑至應(yīng) 變 點(diǎn) 時發(fā) 生 突變增 大 ，隨澆筑 高 度增 大 而增大 ，應(yīng)力值 隨澆筑 分 層情 況 而改 變 ；112應(yīng) 變點(diǎn) 的橫 向正應(yīng) 力在 自密實(shí) 混凝 土澆筑 至應(yīng)變 點(diǎn)時發(fā)生 突變增 大 ，由于受水 平 角鋼 的約束 ，在 自密實(shí) 混凝 土 澆 筑高 度超 過 應(yīng) 變點(diǎn) 后 ，橫 向正 應(yīng)力基本 維持 穩(wěn)定 ，并 無 明顯增 大 ?！啊?～}lf：二 — — — 廠 — 、h f …／ 、0 In n 0 n 0 r、ln n L、 ‘n0 H — n n 寸 In 卜 ∞ 。o n時間m圖 9 兩豎向角鋼中心點(diǎn)橫向應(yīng)力結(jié)果Fig．9 Resultoftransversestressbetweentwoverticalanglestee1… ～ 104— — 1l22．5 豎 向角鋼兩側(cè) 的橫 向應(yīng) 力101和 102、105和 106四個 應(yīng) 變點(diǎn) 分別 位于豎 向角鋼 的兩 側(cè) ，其 中 101和 106兩 個 應(yīng) 變計 一端 緊貼豎 向角 鋼上 ，圖 10為豎 向角鋼兩 側(cè)的橫 向應(yīng)力 結(jié) 果 。 由圖 1O可知 ，101和 102、瑚 啪 m如 0 m啪 m瑚枷∞dl苣R目 ． ． ．O O O O O OO O O O O O5 0 5 O2 2 日1魯 R1105和 106等 四個 應(yīng) 變 計 監(jiān) 測 到 橫 向負(fù) 應(yīng) 力 ，表 明該 處應(yīng) 變 計發(fā) 生橫 向壓 應(yīng)變 。在 自密實(shí)混凝 土 澆 筑 過程 中 ，鋼襯 里 受 到 自密 實(shí) 混 凝 土 的流態(tài) 靜 力 荷 載 ，兩 個豎 向角 鋼 中 間位 置 產(chǎn) 生 向外 側(cè) 位移 的撓 度 ，豎 向角鋼 上 固定有 拉桿 ，受 到拉 桿 的約 束 ，豎 向角 鋼不 會 發(fā) 生 位 移 。應(yīng) 變 計50．O0．0- 50．0名妾一100．0 _l50．0翻- 200．0- 250．0- 300．0_＼) n 寸 In 。o In o罄oN 暑＼ m…l一一一Il卅L時 間／h的一 端接 近豎 向角 鋼 ，另 一端 遠(yuǎn)離 豎 向角鋼 ，接近豎 向角 鋼 的 一端 無 位 移變 化 ，而遠(yuǎn) 離豎 向角鋼 的一端 由于受 到鋼襯 里 向外側(cè) 位移 撓度 的作用 ，使應(yīng) 變 計 產(chǎn) 生壓 應(yīng) 變 ，承 受 壓 應(yīng) 力 ，101和102、105和 106 四 個 應(yīng) 變 點(diǎn) 監(jiān) 測 到 橫 向 負(fù)應(yīng)力 。500- 50一 lo1 星-l00 ～ … 102 -150— 200- 250- 300H 寸寸”、o 。o ；：墨 墨＼ 一 ～L。一 L 、圖 1O 豎向角鋼兩側(cè)的橫 向應(yīng)力結(jié)果Fig．10 Resultoftransversestresson both sidesoftheverticalanglesteel對 比位 于 同一 水平 高 度 的 101和 102、105和 106四個 應(yīng) 變 點(diǎn) 應(yīng) 力 值 ，101和 106應(yīng) 變 點(diǎn)的應(yīng)力 值 明顯 大 于 102和 105，該 現(xiàn) 象 是 由于101和 106應(yīng) 變 計 的 一 端 緊 貼 在 豎 向角 鋼 上 ，受 到 鋼 襯里 向外 側(cè) 位移 撓 度 的作用 ，遠(yuǎn) 離豎 向角鋼 一 端 產(chǎn)生 較 大 壓 應(yīng) 變 ，監(jiān)測 的壓 應(yīng) 力 大 于距 豎 向角鋼 稍 遠(yuǎn) 的應(yīng) 變 點(diǎn) (102和 105)。- 200．0— 25O．O＼1 一 一’ ” = ：2薯＼ “…^u…u …一＼L1 r ——． ．．— — 107一 108時 間／h圖 1l 水 平 角 鋼 兩 側(cè) 豎 向應(yīng) 力 圖Fig．11 Resultofverticalstressonbothsidesofhorizontalanglesteel2．6 水 平角 鋼兩 側(cè) 豎向應(yīng) 力107和 108應(yīng) 變點(diǎn)分 別 位 于水 平 角 鋼 上 下兩側(cè) ，水 平 角 鋼 距 澆 筑 底 面 0．705m，圖 1l為水平 角鋼 上 下 兩 側(cè) 的 豎 向應(yīng) 力 結(jié) 果 。 由圖 l1可知 ，107和 108應(yīng) 變計 發(fā) 生 豎 向壓 應(yīng) 變 ，產(chǎn) 生豎 向負(fù) 應(yīng)力 ，這是 由于 此兩 個 應(yīng) 變 點(diǎn) 位 于水 平— — 1O5一 lO6角鋼兩 側(cè) ，自密 實(shí)混 凝 土澆筑 過程 中 ，水 平角 鋼受 到拉 桿 的約束 ，不 發(fā)生 位移 變化 ，而遠(yuǎn) 離水 平角鋼位 置 鋼襯里 受 到 自密 實(shí)混 凝 土的側(cè) 壓力 作用，產(chǎn)生向外側(cè)位移 的撓度 ，從而使應(yīng)變計產(chǎn)生壓應(yīng) 變 ，承受壓 應(yīng)力 ，監(jiān)測 到 豎 向負(fù)應(yīng)力 。107應(yīng) 變 點(diǎn)位 于水 平 角 鋼 上 側(cè) ，在 自密 實(shí)混凝 土 澆 筑 過程 中 ，水 平 角 鋼上 部 鋼 襯里 受 到自密 實(shí) 混 凝 土側(cè) 壓 力 作 用 ，產(chǎn)生 向外 側(cè)位 移 的撓度 ；而 108應(yīng)變點(diǎn)位于水平角鋼下側(cè)，受到水平角 鋼和 基 座 的約 束 ，108應(yīng) 變 點(diǎn) 位 置 產(chǎn) 生 的應(yīng)力 顯著 低 于 107應(yīng)變 點(diǎn) 的應(yīng)力 值 。水平 角鋼對其 下側(cè) 鋼襯 里應(yīng) 變具 有 明顯 的改善 作用 。3 模擬試驗(yàn)鋼襯里應(yīng)變計算采 用 Sap2000有 限 元 分 析 軟 件 進(jìn) 行 建 模分 析 。本 次 計 算 考 慮 了 鋼 襯 里 自身 強(qiáng) 度 、雙向加 勁 角 鋼 和 高 強(qiáng) 鋼 拉 桿 的 相 互 作 用 ，鋼 襯里 底 部 焊 接 處 設(shè) 置 為 固結(jié) ，高 強(qiáng) 拉 桿 只 承 受水 平 拉 力 ，且 認(rèn) 為 在 自身 中點(diǎn) 處 無 水 平 與 豎向位 移 ，加 勁 肋 與 鋼 襯 里 板 間 固結(jié) ，自密 實(shí) 混凝 土 重力 密 度 取 23．6kN／m。。鋼 襯 里應(yīng) 變 計算模型示意如 圖 12所示 。計算結(jié)果如圖 13所示 ，根據(jù)計算結(jié)果 ，自密實(shí)混凝土澆筑高度為 1．980rn時 ，鋼襯里最大撓度 約 19．3mm，發(fā) 生 在兩 根 豎 向 加勁 角 鋼49】0 OO O∞ ∞0 O∞一 1 1日dJ∈

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